2.1 Cell structure and diversity, and cell evolution

celproliferatie omvat

afwisselende rondes van celdeling (blauw) en celgroei (geel)

soorten celdelingen

1. symmetrische celdeling: dochtercellen hetzelfde

2. asymmetrische celdeling: dochtercellen verschillend (bv verschillende grootte en/of fucntie)

soorten celdelingen: symmetrische celdeling

dochtercellen hetzelfde

soorten celdelingen: asymmetrische celdeling

dochtercellen verschillend (bv verschillende grootte en/of functie

waarom balans tsn celproliferatie en celdood

om een stabiel celaantal te verzekeren in volwassen organismen

aantal cellen in een (volwassen) individu

40-100 biljoen cellen (10^14)

vanwaar/hoe komen alle cellen in ons lichaam?

komen van een bevruchtte eicel, dmv celproliferatie

alle cellen van eukaryoten zijn afkomstig van

een oercel

leg uit: oorzaak/soort celdeling

asymmetrische deling door celpolariteit:

bepaalde moleculen meer nr bovenkant cel gelegen (gepolariseerd) → bij horizontale deling: ene dochtercel krijgt moleculen mee, andere niet

→ verschil in functie → asymmetrische deling

leg uit: oorzaak/soort celdeling

Spoelfiguur meer naar 1 kant gelegen in cel → ontstaan van kleinere en grotere dochtercel

→ verschil in grootte/functie → asymmetrische deling

leg uit: oorzaak/soort celdeling

1. Als cel zou delen in horizontale vlak: symmetrische deling (identieke dochtercellen)

2. Als cel zou delen in verticale vlak: cel kan in de buurt van andere cel niche komen

→ verschil in functie → asymmetrische deling

belangrijkste verschil eukaryoten en prokaryoten

EU: membraangebonden organellen, PRO: geen interne membranen.

kenmerken eukaryoten

1. membraangebonden organellen

2. opsplitsing translatie en transcriptie

3. kern omgeven door dubbele nucleaire membraan (met aantal poriën)

4. chromosomen ingekapseld in nucleaire membraan

5. kunnen unicellulair en multicellulair zijn

kenmerken prokaryoten

1. geen membraangebonden organellen (wel celmembraan) → minder onderverdeling/structuur dan bij eu

2. chromosoom: circulair/lineair

3. geen opsplitsing tussen transcriptie en translatie

4. allemaal unicellulair

prokaryoten onderverdeling

1. bacteria

2. archaea

eukaryoten onderverdeling

1. fungi

2. planten

3. dieren

eukaryoten onderverdeling (unicellulair)

1. fungi: gisten

2. planten: protophyta

3. dieren: protozoa

eukaryoten onderverdeling (multicellulair)

1. fungi: multicellulaire fungi

2. planten: metaphyta

3. metazoa

intracellulaire organisatie in dierlijke cellen (eu)

1. plasmamembraan

2. cytosol

3. cytoskelet

4. cilia

5. endoplasmatisch reticulum (Er, single membraan vesikel)

6. golgi apparaat (single membraan vesikel)

7. peroxisomen

8. nucleus (celkern)

9. mitochondria

→ niet alle structuren zijn altijd aanwezig in elk celtype (bv RBC: geen celkern)

plasmamembraan (functie)

1. dubbele laag fosfolipiden (hydrofobe vetzuurstaart + hydrofiele kop)

2. beschermt cel

3. selectief permeabel

cytosol (functie)

1. waterige component cytoplasma

2. plaats van proteïne synthese en metabole activiteit

intracellulaire organisatie in dierlijke cellen (eu): 3. cytoskelet (functie)

1. celstabiliteit

2. celvorm

3. celbeweging

4. intracellulair transport

5. communicatie

bouwstenen cytoskelet

1. microfilamenten (actine polymeer)

2. microtubules (tubuline polymeer)

3. intermediaire filamenten (bv keratine in epitheliale cellen)

kenmerken microfilamenten (actine polymeer)

1. zeer aanwezig in celcortex (= cytoskelet onder plasmamembraan

   1. mechanische ondersteuning cel

   2. gecontroleerde verandering in celvorm (celcortex kan snel worden gemodelleerd) bv endocytose

   3. vergemakkelijken celbweging, door bv filopodia en lamellipodia te vormen

kenmerken microtubules (tubuline polymeer)

1. meer rigide structuur dan actine-filamen:ten

2. belangrijkste bouwsteen…

   1. spoelfiguur

   2. centrosomen

   3. cilia

   4. flagella (in bv spermacel)

cilia (functie)

= structuur met microtubuli

1. bij gespecialiseerde epitheelcellen → beweging veroorzaken

2. primair cillium: bevat receptormoleculen, fungeren als sensor voor micro-omgeving cel

ER (functie)

1. opslagplaats Ca²⁺

2. synthese + vouwing + modificatie proteïnen en lipiden bestemd voor celmembraan of secretie

3. start glycosylering

golgi complex (functie)

1. verder modificeren van glycoproteïnen uit ER

2. celproducten uitscheiden nr buitenkant (bv eiwitten)

3. helpen vormen plasmamembraan en membranen van lysosomen

lysosomen (functie)

1. = single membraan vesikel

2. bevat hydrolitische enzymen → verteren materialen die door… in cel zijn gebracht

   1. fagocytose (absorptie vaste voorwerpen)

   2. pinocytose (absorptie vloeistoffen)

   3. degradatie van cel-componenten na celdood

peroxisomen (functie)

1. single membraan vesikel

2. bevat enzymen ie substraten oxideren en waterstofperoxide (H₂O₂) produceren

nucleus (functie)

1. nuclear envelope = 2 membranen, buitenste bevat ribosomen

2. nuclear pores: bevatten proteïnen complexen, fungeren als transporteurs van macromoleculen tsn nucleus - cytoplasma

3. nuclear lamina: bestaat uit intermediaire filamenten (lamins) + geassocieerde proteïnen

4. nuclear matrix: proteïnen netwerk waar chromosomen aan vastgehecht worden

mitochondria (functie)

1. 2 membranen

2. plaats van oxidatieve fosforylatie (ATP productie)

definitie genoom

de collectie van verschillende DNA moleculen in eukaryote cel

structuren die het genoom van dierlijke cellen bevatten

1. DNA in nucleus = chromosomen

2. DNA in mitochondria = mitochondriale DNA/mtDNA

hoe heet het DNA in de nucleus van een dierlijke cel?

chromosomen

hoe heet het DNA in mitochondria van dierlijke cellen?

mitochondriale DNA/mtDNA

wat wordt er afgebeeld?

mitochondriën die fusie/divisie ondergaan: hierdoor reticulair netwerk ipv ‘boonvormige’ mitochondriën

hoe is het mitochondriale DNA aanwezig?

niet ‘naakt’: liggen proteïnen rond: coreproteïnen + ATAD3 rond

→ zorgen voor connectie met interne membraan + mitochondriale ribosomen

wat is de nuclear lamina

1. zorgt voor stabiliteit nucleus

2. organiseert chromatine

3. we vinden hier…

   1. nuclear pore complex (NPC)

   2. nuclear envelope proteïne

   3. chromatine-geassocieerde proteïnen

   4. transcriptie factoren

wat wordt afgebeeld

nuclear pore complex (NPC)

wat wordt afgebeeld

nuclear envelope proteïnen

wat wordt afgebeeld

chromatine-geassocieerde proteïnen

wat wordt afgebeeld

transcriptiefactoren

nucleus: structuur/functie

chromosoom territoria

nucleus: structuur/functie

nuclear speckle: stockeren van small nucleair RNPs (stockage van splicozoom)

nucleus: structuur/functie

PML body: promyelocytic leukemia bodies: lichaampjes die rijk zijn aan PML proteïne, belangrijk in post translatie modificatie controle + stressrespons

nucleus: structuur/functie

interchromatin compartement

nucleus: structuur/functie

nuclear envelope

nucleus: structuur/functie

nuclear pore

nucleus: structuur/functie

cajal body: structuur waarin small nuclear RNPs (ribonucleoproteïnen) worden aangemaakt, belangrijk voor splicing

nucleus: structuur/functie

nuclear lamina: stabiliteit nucleus + organiseert chromatine

structuren in nucleus zijn…

allemaal niet omgeven door membraan: alleen nucleus zelf is omgeven door dubbele membraan

gemiddelde grootte cel in lichaam

10-30 micron (1 micron = 0,001 mm)

aantal cellen in lichaam

40-100 biljoen

gemiddelde levensduur cellen in lichaam?

7-10 jaar, maar zeer verschillend: celafhankelijk → sommige enkele dagen (bv darmepitheel), andere levenslang (bv neuronen)

aantal celtypes in lichaam

klassiek: ong 200, met nieuwste generatie single cell sequencing technieken: weten we nog niet

celfusie door celopname leidt tot..

celfusie door celopname leidt meestal tot fagocytose, maar een zeldzaam alternatief is coöperatieve symbiose/endosymbiose

celfusie door celopname: fagocytose

1. opgenomen cel wordt afgebroken en zal sterven

2. DNA wordt gefragmenteerd

3. DNA opgenomen cel kan in genoom van host cel komen

celfusie door celopname: endosymbiose

1. opgenomen cel blijft bestaan binnen host cel

2. → opgenomen cel wordt dus een endosymbiont

welke processen waren belangrijk bij het ontstaan van de eukaryote oercel?

celopname, wat leidde tot celfusie dmv zowel fagocytose als endosymbiose

een belangrijke stap in de evolutie van eukaryoten was…

een endosymbiotische gebeurtenis waarbij een complex anaëroob archaeon een aëroob α-proteobacterium opnam

hoe is de eukaryote oercel ontstaan?

1. archeaon nam bacterie op

• bacteriecel afgebroken dmv fagocytose

• DNA fragmenten bacterie in genoom van archeae = horizontale gentransfer

→ tot vorming complexe archea cel met interne membraanstructuren werden opgebouwd

2. anaëroob archeaon neemt aëroob α-proteobacterie op

• geen fagocyotse: bacterie wordt endosymbiont (wel nog gentransfer mogelijk)

• aëroob → evolutionair voordeel: zuurstofspiegels stegen

→ α-proteobacterie heeft geleid tot mitochondriën

welke DNA-sequenties droegen bij aan de evolutie van eukaryoten genomen?

zowel archaeale als bacteriële DNA-sequenties doregen bij aan de evolutie van eukaryote genomen:

1. eukaryote-archaea homologen: informatie processystemen

2. eukaryote-bacteria homologen: operationele functies

tot wat heeft de α-proteobacterie geleid bij de evolutie van de eukaryote oercel?

de mitochondriën (α-proteobacterie was aëroob)

de cruciale ontwikkeling van multicellulaire organismen kan zijn ontstaan door…

eenvoudige genmutaties: unicellulaire gistcel dmv mutatie van één gen → multicellulaire gistcel als resultaat

waarom is de ontwikkeling naar multicellulair organismen zo belangrijk?

1. verschillende cellen in meercellig organismen → kunnen gespecialiseerd worden → uitvoeren van verschillende taken → grotere functionele complexiteit mogelijk

2. cel-cel interacties en cel-omgevingsinteracties tijdens ontwikkeling → zorgen dat progressieve ontwikkeling van celspecialisatie mogelijk is

3. cellen kunnen samenwerken om complexe weefsels en organen te bouwen